Ứng dụng WinCC flexible và PLC vào điều khiển dây chuyền nghiền đá bột

Tìm hiểu về các thành phần trong một dây chuyền nghiền đá bột. Mô phỏng lên Panel điều khiển. Viết chương trình lập trình điều khiển dây chuyền bằng PLC S7300. Dùng WinCC Flexible để tao giao diện điều khiển trên máy tính, kết nôi máy tính và PLC để thực hiện điều khiển dây chuyền trên giao diện máy tính.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH KẾT CẤU, CÁC PHẦN TỬ TRONG DÂY

CHUYỀN NGHIỀN ĐÁ BỘT 5

1.1 Giới thiệu về vật liệu đá và quá trình nghiền đá 5

1.1.1 Giới thiệu về đá 5

1.1.2 Quá trình nghiền đá 6

a Khái niệm về nghiền 6

b Các phương pháp đập nghiền 8

c Các loại máy nghiền 8

1.2 Kết cấu và các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột 8

1.2.1 Kết cấu đặc trưng của một dây chuyền nghiền đá bột 8

1.2.2 Các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột 10

a Máy nghiền thô 10

b Gầu nâng 11

c Máy nạp liệu kiểu rung 12

d Máy nghiền tinh 13

e Thiết bị lọc xoáy- Cyclone 14

f Thiết bị lọc bụi kiểu tay áo 15

g Quạt hút ly tâm 16

h Van xả bột 17

1.3 Trình tự hoạt động của dây chuyền nghiền đá bột 18

Kết luận 22

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 23

2.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển giám sát - SCADA 23

2.2 Phân loại hệ thống SCADA 24

2.3 Cấu trúc cơ bản hệ thống điều khiển giám sát - SCADA 25

2.4 Mạng truyền thông công nghiệp trong SCADA 26

2.5 Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA 33

2.6 Tổng quan về HMI 34

2.6.1 Giới thiệu về HMI 34

2.6.2 Các thành phần của HMI 35

2.6.3 Quy trình xây dựng hệ thống HMI 36

2.6.4 Các hệ thống HMI thực tế 36

Kết luận 38

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH PANEL DÂY CHUYỀN VÀ GHÉP NỐI PLC 39

3.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình Simatic S7 - 300 39

3.1.1 Giới thiệu về PLC S7 - 300 39

3.1.2 Các Module của PLC S7 - 300 40

3.1.3 Kiểu dữ liệu và bộ nhớ trong PLC 41

a Kiểu dữ liệu trong PLC 41

b Bộ nhớ PLC 42

3.1.4 Vòng quét và cấu trúc chương trình 43

a Vòng quét chương trình của PLC S7 - 300 43

b Cấu trúc chương trình 44

3.2 Phân tích các đầu vào ra của PLC S7 - 300 46

3.2.1 Đầu vào PLC S7 - 300 46

3.2.2 Đầu ra PLC S7 - 300 54

3.3 Mô hình Panel ghép nối PLC 58

Kết luận 61

CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH WINCC GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN 62

4.1 Lập trình WinCC giám sát 62

4.1.1 Giới thiệu 62

4.1.2 Lập trình giao diện HMI trên phần mềm WinCC Flexible 2008 63

a Tạo một Project mới 63

b Kết nối PLC và WinCC Flexible 64

c Tạo các biến kết nối PLC S7 - 300 và WinCC Flexible 66

d Thiết kế giao diện điều khiển trên phần mềm WinCC Flexible 2008 68

4.2 Lập trình điều khiển dây chuyền nghiền đá bột 71

4.2.1 Xây dựng cấu hình phần cứng cho CPU S7 - 300 71

4.2.2 Lập trình mô phỏng trong STEP 7 75

4.3 Kết quả mô phỏng 78

Kết luận 81

KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC S7 -300 84

MỞ ĐẦU

Hầu hết mọi người dân Việt Nam không ai còn lạ gì với câu nói "Rừng vàng biển bạc" Quả thật thiên nhiên rất ưu ái với đất nước và con người Việt Nam Nhưng việc khai thác và sử dụng tài nguyên như thế nào cho hợp lý đã, đang và sẽ tiếp tục là bài toán hóc búa đối với nhà nước ta Hiện nay tình trạng khai thác ồ ạt, không có định hướng cùng với xuất khẩu dưới dạng thô không những dần dần làm cạn kiệt tài nguyên quốc gia mà còn gây ra sự lãng phí vô cùng nghiêm trọng Một trong số những tài nguyên đó là đá trắng

Theo khảo sát 6 tháng đầu năm 2012, qua cảng Cửa Lò (Nghệ An) có hơn

700 nghìn tấn đá trắng các loại được xuất khẩu, tuy nhiên vẫn theo cách thức cũ

là xuất khẩu thô không qua chế biến Số liệu cho thấy giá trị của 1 tấn đá trắng thô trung bình chỉ là 23.2 USD trong khi 1 tấn đá trắng nghiền mịn có giá lên đến 89.2 USD Với công nghệ của mình, các nước nhập khẩu đá trắng về chế biến thành bột mịn, thêm phụ gia và bán đi với giá thành gấp rất nhiều lần so với giá thành nhập về Ứng dụng của bột đá trong cuộc sống hiện đại vô cùng phong phú Từ vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất giấy, nhựa, sơn thậm chí cả trong y tế và sản xuất thực phẩm

Ở nước ta hiện nay, số doanh nghiệp khai thác và xuất khẩu đá trắng chỉ đếm trên đầu ngón tay, công nghệ khai thác, chế biến và năng suất còn rất hạn chế, các dây chuyền nhập khẩu từ nước ngoài về thì giá thành quá cao Mặt khác, ngành tự động hóa được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất đang đem lại rất nhiều ưu điểm: tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm Áp dụng công nghệ tự động hóa vào các dây chuyền sản xuất sẽ dần thay thế sức lao động của con người Từ các vấn đề trên, việc nghiên cứu, chế tạo, lắp ráp và điều khiển một dây chuyền nghiền đá bột với năng suất cao, ổn định, giá thành phù hợp là vô cùng cấp thiết Với lí do đó, đề tài: "Nghiên cứu

ứng dụng PLC và phần mềm WinCC điều khiển dây chuyền nghiền đá bột "

đã hình thành

Mục đích nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu về cấu tạo, chức năng, nguyên

lý hoạt động của các phần tử trong một dây chuyền nghiền đá bột, tìm hiểu về hệ thống điều khiển giám sát SCADA từ đó lập trình điều khiển mô hình dây chuyền dựa trên nền phần mềm WinCC Flexible 2008, phần mềm chuyên dụng

để thiết kế các hệ thống giao diện người- máy HMI (Human Machine Interface) trong tự động hóa công nghiệp của hãng SIEMENS

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ dừng lại ở mức độ thiết kế Panel mô phỏng dây chuyền nghiền đá bột kết nối với PLC S7 - 300 Các thông số điều khiển cũng như trạng thái hoạt động của các cảm biến, đèn báo đều được thể hiện một cách trực quan trên giao diện đồ họa của phần mềm

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH KẾT CẤU, CÁC PHẦN TỬ TRONG DÂY CHUYỀN NGHIỀN ĐÁ BỘT

1.1 Giới thiệu về vật liệu đá và quá trình nghiền đá

1.1.1 Giới thiệu về đá

Đá là loại nguyên vật liệu, khoáng sản tồn tại ở thể rắn Có hàng trăm các loại khoáng vật khác nhau tham gia cấu tạo nên vỏ Trái đất Các khoáng vật này không tồn tại một cách riêng rẽ trong thiên nhiên mà tạo thành những mỏ lớn xuất hiện ở những địa điểm khác nhau và được tạo thành trong những khoảng thời gian khác nhau Những tập hợp khoáng vật như vậy được gọi là đá

Thành phần chủ yếu trong đá là thạch anh, các khoáng vật quặng, canxi, các khoáng vật sét Các thành phần trong đá quyết định tính chất vật lý, khả năng sử dụng vào thực tế của đá Các tính chất của đá còn phụ thuộc vào trạng thái cơ học của chúng như mức độ phong hoá, độ nứt tế vi

Trong số các khoáng vật tạo đá, thạch anh có độ bền cao nhất Giới hạn bền nén của thạch anh khoảng 5000 kG/cm2, đá canxi (CaCO3) khoảng 100 kG/cm2, granit hạt nhỏ cũng có độ bền khá lớn 3500 kG/cm2 Ngoài ra, người ta cũng dùng thang Mohs để xác định độ cứng của đá, ví dụ thạch anh có độ cứng Mohs là 7, đá canxi là 3, kim cương có độ cứng cao nhất là 10 (ứng với độ cứng tuyệt đối là 1500)

Đá trắng có thành phần chủ yếu là Canxi cacbonat, công thức hóa học là CaCO3, khối lượng riêng là 2830 Kg/m3 Bột đá CaCO3 là một trong những vật liệu hữu ích nhất đối với loài người Bột đá được sử dụng rộng rãi trong vai trò của chất kéo duỗi trong các loại sơn, cụ thể trong sơn lót, sơn phủ, bột đá chiếm khoảng 30% khối lượng sơn Bột đá cũng được dùng làm chất độn trong chất dẻo, chiếm khoảng 15 - 20% khối lượng ống dẫn nước PVC Bột đá được dùng trong y tế với vai trò là thuốc bổ sung canxi, chất khử chua, làm lớp tráng ngoài của giấy, làm phụ gia thực phẩm (bánh, kẹo, sữa đậu nành ) Bột đá cũng được

sử dụng trong xử lý nước thải và trung hòa tình trạng chua ở trong đất (ruộng phèn)

1.1.2 Quá trình nghiền đá

a Khái niệm về nghiền

Nghiền là quá trình phá hủy vật liệu thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử nhỏ hơn, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn lực hút phân tử của vật thể Hay nói một cách khác nghiền là quá trình làm giảm kích thước của hạt từ kích thước ban đầu đến kích thước sử dụng

Tùy theo độ lớn của sản phẩm nghiền, người ta phân biệt: nghiền hạt và nghiền bột

Nghiền thô 350 - 100 mm Bột thô 5 - 0.1 mm

Nghiền vừa 100 - 40 mm Bột mịn 0.1 - 0.05 mm

Nghiền nhỏ 40 - 4 mm Bột siêu mịn < 0.05 mm

Bảng 1 1 Phân biệt đá theo độ lớn hạt

* Khi sử dụng máy nghiền cần quan tâm đến các tính chất của vật liệu đem

nghiền đó là: độ bền, độ giòn, tính mài mòn và độ lớn hạt

- Độ bền: độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của chúng dưới tác dụng của ngoại lực Độ bền được đặc trưng bằng giới hạn bền

F: tiết diện chịu kéo hoặc nén (m2),

Tùy thuộc độ bền dn , người ta phân các loại đá thành:

- Độ giòn: đặc trưng cho khả năng bị phá hủy của vật liệu dưới tác động của lực va đập Tính giòn càng tăng thì năng lượng nghiền càng giảm và năng suất máy càng tăng Vật liệu giòn có sự sai khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và bền kéo Dựa vào số lần va đập cần thiết để làm vỡ vật liệu, người ta phân thành các loại sau:

Bảng 1 3 Phân loại đá theo độ giòn

- Tính mài mòn: đặc trưng cho khả năng của vật liệu làm mòn bộ phận công tác khi làm việc

- Độ lớn hạt: hạt vật liệu có hình dạng khác nhau và thường được xác định bằng các số đo: chiều dài a, chiều rộng b, bề dày c Khi nghiên cứu, để đơn giản người ta xem viên đá là khối cầu có đường kính quy ước D và sản phẩm được nghiền có đường kính quy ước d

- Đường kính quy ước d được xác định theo nhiều cách khác nhau như sau:

+ Theo trung bình nhân: d = 3 a b c

- Mức độ nghiền: là tỷ số giữa kích thước của vật liệu trước khi nghiền với kích thước của hạt sản phẩm ký hiệu là i Mức độ nghiền là một chỉ tiêu đặc trưng cho quá trình nghiền, liên quan đến năng suất và công suất của máy nghiền

Với: Dmax: kích thước lớn nhất của vật liệu trước khi nghiền,

dmax: kích thước lớn nhất của hạt sản phẩm sau khi nghiền

Trong thực tế đường kính lớn nhất trong vật liệu được lấy bằng kích thước lỗ

lưới vuông mà vật liệu lọt qua

- Uốn vỡ: Đá được kê trên hai gối đỡ và bị uốn bởi lực tập trung ở giữa

- Miết vỡ: Xảy ra khi hai mặt nghiền trượt tương đối với nhau, lớp mặt ngoài của đá bị biến dạng và bị tách ra do ứng suất tiếp vượt quá giới hạn bền

- Đập vỡ: Đá bị tải trọng va đập tác động, trong đá xuất hiện đồng thời các biến dạng khác nhau nhưng ở trạng thái động

c Các loại máy nghiền

Dựa vào kích thước sản phẩm, máy nghiền được phân thành máy nghiền hạt (nghiền vỡ) và máy nghiền bột

Máy nghiền hạt bao gồm một số loại thông dụng sau:

+ Máy nghiền má

+ Máy nghiền nón

+ Máy nghiền trục

+ Máy nghiền va đập:

• Máy nghiền búa

• Máy nghiền roto

Máy nghiền bột bao gồm:

+ Máy nghiền đĩa

+ Máy nghiền bi

+ Máy nghiền con lăn

1.2 Kết cấu và các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột

1.2.1 Kết cấu đặc trưng của một dây chuyền nghiền đá bột

Dựa vào loại sản phẩm đầu ra là bột thô, bột mịn, bột siêu mịn mà dây chuyền nghiền đá bột có các kiểu kết cấu khác nhau Sau đây là kết cấu đặc

trưng của một dây truyền nghiền đá bột siêu mịn:

Hình 1 1 Kết cấu đặc trưng của một dây chuyền nghiền đá bột

* Nguyên lý làm việc

Ban đầu, đá theo băng chuyền được chuyển đến máy nghiền thô như máy

nghiền má (Jaw Crusher), nghiền búa (Hammer Crusher) để đạt đến kích

thước cần thiết Sản phẩm nghiền sau đó theo gầu nâng (Bucket Elevator) được

chuyển vào phễu chứa (Storage Hopper) Bột đá thô sau đó theo máy nạp liệu

kiểu rung (Vibrating Feeder) đẩy xuống buồng chứa để chuẩn bị quá trình

nghiền tinh Nhờ có máy rung mà vật liệu được đẩy xuống một cách đều đặn,

liên tục góp phần nâng cao chất lượng nghiền Trong buồng máy nghiền tinh,

bột đá được nghiền đến độ hạt theo yêu cầu, sau đó hỗn hợp khí và bột đá được

quạt thổi hút lên trên, tiếp tục đi vào bộ phân tách Qua thiết bị phân tách

(Classifier) bột đá có chất lượng tốt, độ hạt mịn được bộ lọc xoáy (Cyclone

Collector) tách khỏi dòng khí, và thoát ra ngoài qua van thu đặt ở cửa dưới của

Cyclone, ta thu được sản phẩm cuối cùng của quá trình nghiền Bột đá thô chưa

đạt kích thước yêu cầu không lọt qua bộ phân tách sẽ rơi trở lại buồng nghiền,

tiếp tục nghiền cho đến khi đạt yêu cầu

Dòng khí thoát ra ở phía trên của Cyclone được quạt hút chuyển vào bộ lọc bụi (Dust Filter) Bụi bị giữ lại ở các túi lọc và để không khí sạch thoát ra ngoài, bụi đá có thể được thu hồi bằng van xả đặt ở bên dưới buồng lọc

1.2.2 Các phần tử trong dây chuyền nghiền đá bột

a Máy nghiền thô

* Máy nghiền má

Hình 1 2 Cấu tạo máy nghiền má

- Nguyên lý:

+ Máy gồm giá (1) lắp má tĩnh (2), trục treo (4) treo má động (3) Trên má động

và má tĩnh đều bắt các tấm lót Khi trục lệch tâm (5) quay, nó sẽ làm cho tay biên (6) chuyển động lên trên, các cánh tay đòn (7) và (8) sẽ đẩy má động quanh trục (4), ép vật liệu vào má tĩnh, thực hiện quá trình nghiền vật liệu Khi tay biên (6) chuyển động xuống, kéo má động (3) về vị trí cũ Khi đó vật liệu bị nghiền rơi khỏi hai má của máy

+ Phía sau máy còn có bộ phận chêm (9) để điều chỉnh góc kẹp- khe hở giữa hai

+ Tích hợp hệ thống băng tải, sàng rung

Hình 1 3 Máy nghiền má PE- 150x250

- Thông số cơ bản: (Bảng 1.4 - tr20)

+ Kích thước liệu nạp vào lớn nhất

+ Kích thước liệu đầu ra

Hình 1 4 Gầu nâng TH - 210

+ Gầu nâng có đặc trưng là mức vận chuyển lớn, chiếm không gian nhỏ, tiêu tốn

ít năng lượng, vận hành tin cậy

+ Thích hợp cho vận chuyển theo phương thẳng đứng các loại vật liệu dạng bột

ở các độ cao khác nhau

- Thông số cơ bản: (Bảng 1.4 - tr20)

+ Chiều cao nâng tối đa

+ Hiệu suất

+ Công suất động cơ

c Máy nạp liệu kiểu rung

Hình 1 5 Máy nạp liệu rung GZ - 0

- Nguyên lý:

+ Kết cấu máy nạp liệu kiểu rung gồm màng cấp liệu, màng rung, giá đỡ lò xo

và thiết bị truyền động Màng rung gồm hai trục lệch tâm (trục chính, trục bị

động) và kết cấu bánh răng

+ Động cơ thông qua bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng truyền động cho trục chính và trục bị động, qua đó trục chính và trục bị động xoay tròn ngược chiều nhau cùng lúc để hình thành màng rung động, vật liệu được chuyển tới máy nghiền một cách liên tục theo thời gian

- Đặc điểm:

+ Các hạt nhiên liệu khi qua sàng sẽ đồng thời được thực hiện việc sàng thô và tiếp nhiên liệu một cách đều đặn, liên tục cho các máy nghiền, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như luyện kim, khai thác mỏ, vật liệu xây dựng, hóa chất

+ Kết cấu đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước gọn, lắp đặt và bảo dưỡng dễ dàng

+ Lực kích hoạt và lượng hạt liệu chuyển vào sàng có thể điều chỉnh dễ dàng + Thay đổi độ nghiêng sàng để thay đổi hiệu suất của máy nạp liệu

d Máy nghiền tinh

* Máy nghiền mịn Raymond

Hình 1 6 Cấu tạo máy nghiền mịn Raymond

- Nguyên lý:

+ Chuyển động quay của trục trung tâm và các con lăn (quả lô) được truyền từ động cơ chính qua hộp số Con lăn nghiền không chỉ quay xung quanh trục

trung tâm, mà còn quay xung quanh trục của chính nó dưới tác dụng của lực ma sát giữa nó và vòng nghiền

+ Dưới mỗi con lăn được gắn một miếng dao cắt Khi quay cùng với con lăn, nó

có tác dụng nâng, ném vật liệu vào khoảng không giữa con lăn và vòng nghiền Khi con lăn quay, vật liệu bị nghiền dưới tác dụng của lực ly tâm

+ Bột đá được nghiền theo dòng khí từ quạt hút qua bộ phân tách, điều chỉnh tốc

độ quay của cánh quạt bộ phân tách, ta có thể điều chỉnh được độ mịn của sản phẩm bột đầu ra

+ Đường kính trong vòng nghiền

+ Đường kính con lăn nghiền

+ Hiệu suất

+ Công suất

e Thiết bị lọc xoáy- Cyclone

Hình 1 7 Thiết bị lọc xoáy - Cyclone

- Đặc điểm: Là thiết bị lọc theo kiểu lọc đứng, có hình trụ tròn phía dưới là phễu thu, ở đáy Cyclone có lắp thêm van xả để xả vật liệu dạng bột vào thùng chứa

+ Vật liệu chế tạo: thường làm bằng thép có phủ sơn cách nhiệt, hoặc bằng Inox

+ Dòng khí lẫn bụi được hút vào trong nhờ lực hút của quạt hút Hỗn hợp khí, bụi đi vào túi, kết quả là bụi bị giữ lại trong túi, dòng khí sạch thoát ra ngoài

+ Bụi bám càng nhiều vào các sợi vải thì trở lực do túi lọc càng tăng Do đó, túi lọc cần làm sạch theo định kì, tránh quá tải cho quạt hút Bụi được thu ở dạng khô, có thể thu lại qua van xả đặt ở dưới buồng lọc

+ Nồng độ bụi còn lại sau khi lọc vải là 10 – 50 mg/m3

+ Năng suất lọc khoảng 150 - 180 m3/h trên 1m2 diện tích bề mặt vải lọc

+ Khi làm việc, roto hút không khí dọc theo trục, nhờ lực ly tâm đưa ra vỏ quạt

và đẩy gió ra thẳng góc với trục quạt Quạt ly tâm có ưu điểm là tạo được áp suất không khí cao, ít ồn hơn so với quạt hướng trục Quạt ly tâm có thể gắn với động cơ điện hoặc nối gián tiếp với trục động cơ qua hệ thống bánh đai

+ Dòng vật chất chảy qua van phụ thuộc vào vị trí của nòng van

+ Khi van không được cấp điện, trong cuộn dây không xuất hiện từ trường, nòng van sẽ bịt kín miệng van, van làm việc ở trạng thái thường đóng

+ Khi van được cấp điện, trong cuộn dây xuất hiện từ trường, nòng van mở ra, van ở trạng thái làm việc

- Thông số:

+ Đường kính trong miệng van: 4.5 cm

+ Áp suất làm việc: 0.35 - 31.5 kg/cm2

+ Trọng lượng: 4.5 Kg

- Van xả đóng vai trò như một thiết bị khóa, ở trạng thái thường đóng, nếu van

xả không kín, lượng bột đã thu được sẽ giảm thậm chí là không thu được bột đá khi quá trình nghiền kết thúc

1.3 Trình tự hoạt động của dây chuyền nghiền đá bột

Dây chuyền nghiền đá bột bắt đầu một mẻ hoạt động theo trình tự sau: + Khởi động gầu nâng

+ Sau 10s, khởi động máy nghiền thô

+ Sau 10s, khởi động băng tải

+ Sau khi phễu nạp đã cân đủ khối lượng, khởi động bộ phân tách đồng thời tắt cùng lúc gầu nâng, động cơ nghiền thô và băng tải

+ Sau 10s, khởi động quạt hút

+ Sau 10s, khởi động máy nghiền tinh đồng thời khởi động máy nạp liệu, quá trình nghiền bắt đầu

Dây chuyền bắt đầu một mẻ tiếp theo như sau:

+ Khi phễu nạp đã hết nhiên liệu, mở van xả bột, tắt cùng lúc động cơ máy nạp liệu, động cơ quạt hút, động cơ máy nghiền tinh, động cơ bộ phân tách đồng thời khởi động gầu nâng

+ Sau 10s, khởi động máy nghiền thô

+ Sau 10s, khởi động băng tải

+ Khi phễu nạp đã cân đủ khối lượng cho mẻ tiếp theo, lại khởi động bộ phân tách, tắt gầu nâng, động cơ nghiền thô và băng tải

+ Sau 10s, khởi động quạt hút

+ Sau 10s, khởi động máy nghiền tinh đồng thời khởi động máy nạp liệu, quá trình nghiền của mẻ tiếp theo bắt đầu

Dây chuyền tiếp tục hoạt động theo chu trình như trên cho đến khi đảm bảo đủ số mẻ theo yêu cầu

* Một số sự cố, nguyên nhân và cách khắc phục trong quá trình hoạt động của dây chuyền

- Không có bột đầu ra hoặc sản lượng bột giảm:

+ Nguyên nhân: do van xả bột không kín khít, nòng van bị mòn

+ Khắc phục: thay van xả

- Máy nghiên tinh gây ra rung động lớn khi nghiền:

+ Nguyên nhân: lượng đá nạp vào từ máy nạp liệu quá nhiều, con lăn nghiền và vành nghiền bị biến dạng

+ Khắc phục: điều chỉnh lại tốc độ nạp liệu, thay thế con lăn nghiền và vành nghiền

- Dòng điện làm việc của động cơ nghiền tinh, của quạt hút vượt quá giá trị định mức:

+ Nguyên nhân: lượng đá nạp vào nhiều, lưu thông khí trong ống bị tắc nghẽn, bụi bám trên các túi lọc quá nhiều

+ Khắc phục: điều chỉnh lại tốc độ nạp liệu, bảo dưỡng hệ thống ống nối, rũ bụi cho cho các túi lọc

* Mô hình dây chuyền nghiền đá bột MTM 100 của hãng Shanghai Zenith

Hình 1 11 Mô hình dây chuyền MTM 100

Các thông số chính của dây chuyền nghiền đá bột MTM 100:

- Số con lăn nghiền: 4

- Đường kính x chiều cao của con lăn: φ310 x 70

- Kích thước đá đầu vào: < 25 mm

- Kích thước bột sản phẩm đầu ra: 1.6 - 0.045 mm

- Kích thước toàn bộ của dây chuyền: 7100 x 5900 x 7900 mm

- Sản lượng của dây chuyền: 3 - 4.4 tấn/giờ

phân tách

Điện áp làm việc V Y/∆ - 380 / 220

Hình 1 12 Cấu tạo máy nghiền tinh Raymond

Kích thước liệu vào lớn nhất mm 30

Hiệu suất m3/giờ 0.8 - 2

Trọng lượng Tấn 0.8 Máy nghiền

tinh

Kích thước liệu vào lớn nhất mm 15- 20 Kích thước liệu ra mm 1.6 - 0.045 Hiệu suất Tấn/giờ 2.8 - 3.8 Băng tải

Tốc độ truyền m/s 1.3 - 1.6 Hiệu suất Tấn/giờ 1.8 - 4.5 Máy nạp liệu

rung

Kích thước liệu vào lớn nhất mm 50

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 2.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển giám sát - SCADA

SCADA là từ viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition, nghĩa là điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu Nó không những là một hệ thống điều khiển đầy đủ mà còn là hệ thống có khả năng giám sát Hệ thống SCADA là kết quả của sự kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ thông tin và công nghệ tự động hóa Các thiết bị tự động hóa ở đây đều có khả năng tham gia vào mạng truyền thông công nghiệp

Hệ SCADA ra đời vào những năm 1980 trên cơ sở ứng dụng tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp Khái niệm SCADA cũng được hiểu với những ý nghĩa khác nhau tùy theo lĩnh vực ứng dụng và theo thời gian

Có thể khi nói tới SCADA người ta chỉ liên tưởng đến một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần túy là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải

về trạm trung tâm để xử lý Các hệ thống phân phối năng lượng là những ví dụ tiêu biểu Sự tiến bộ trong công nghệ phần mềm và phần cứng máy tính đã thúc đẩy sự phát triển của các công cụ tạo dựng phần mềm SCADA theo một hướng mới, sử dụng PC và hệ điều hành Windows làm nền tảng cài đặt và sử dụng Từ phạm vi chức năng thuần túy là thu thập dữ liệu cho việc quan sát, theo dõi quá trình, một hệ SCADA ngày nay có thể đảm nhiệm thêm vai trò điều khiển cao cấp, điều khiển phối hợp Hơn thế, khả năng tích hợp hệ thống điều khiển giám sát với các ứng dụng khác nhau giúp cho các phần mềm quản lý, tối ưu hóa hệ thống của các xí nghiệp, nhà máy cũng trở nên dễ dàng hơn

Hệ thống SCADA ngày nay cho phép thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát trên một phạm vi rộng lớn, có thể lên đến hàng ngàn thậm chí là cả hàng chục ngàn kênh Input/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy cao nhờ vào các giao thức mở và các mạng truyền thông như mạng PROFIBUS, WAN, LAN, INTHENET, và cả mạng Internet Hầu hết các phần mềm SCADA ngày nay đều

có hỗ trợ kết nối Internet

Nói một cách tổng quan, một hệ SCADA là một hệ thống điều khiển giám

sát, tức là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc quan sát và điều khiển từ

xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển thông thường Đương nhiên, để có thể quan sát và điều khiển từ xa cần phải có một hệ thống truy cập và truyền tải dữ liệu, cũng như một giao diện phù hợp để giao tiếp giữa người điều khiển và các thiết bị (Human Machine Interface - HMI)

2.2 Phân loại hệ thống SCADA

Có nhiều loại hệ thống SCADA khác nhau nhưng trên cơ bản chúng được chia làm 4 nhóm với những tính năng cơ bản sau:

- Hệ thống SCADA mờ: là hệ thống đơn giản, không có hệ thống giám sát và không có chức năng đồ hoạ Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này là thu thập giữ liệu và xử lý dữ liệu bằng đồ thị Do tính chất đơn giản nên giá thành của

hệ thống này thấp, phù hợp với các ứng dụng đơn giản

- Hệ thống SCADA độc lập: là hệ thống có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một bộ vi xử lý Hệ này chỉ có thể điều khiển được một hoặc hai trạm, do đó hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, đơn chiếc

- Hệ thống SCADA mạng: là hệ thống có khả năng giám sát và thu thập giữ liệu với nhiều bộ vi xử lý Các máy tính giám sát được nối mạng với nhau Hệ này có khả năng điều khiển được nhiều trạm tạo nên một dây chuyền sản xuất Qua khối truyền thông, các trạm này được nối trực tiếp tới các phòng quản lý, phòng điều khiển để có thể nhận lệnh điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc phòng thiết kế

- Hệ thống SCADA xử lý đồ họa thời gian thực: là hệ thống ngoài khả năng giám sát và thu thập dữ liệu, nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy,

mà hệ còn có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất Tập tin cấu hình sẽ ghi lại các trạng thái hoạt động của hệ thống, khi có sự cố thì báo cho người vận hành để kịp thời xử lý, hoặc cũng có thể phát ra tín hiệu điều khiển để dừng tất cả hoạt động của hệ thống

2.3 Cấu trúc cơ bản hệ thống điều khiển giám sát - SCADA

Hệ thống SCADA hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy tín hiệu từ các cơ cấu cảm biến được gắn trên các thiết bị công tác hoặc trên dây truyền sản xuất gửi về cho máy tính (thực hiện phần thu nhận dữ liệu) Máy tính xử lý, kiểm tra trạng thái hoạt động của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đã được cài sẵn trong bộ nhớ Đồng thời máy tính sẽ hiển thị lại những thông tin kỹ thuật của hệ thống trên màn hình để cho người điều khiển giám sát và phát ra tín hiệu điều khiển đến thiết bị công tác tạo nên vòng tín hiệu kín (thực hiện chức năng giám sát và điều khiển)

Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần chính là: trạm điều khiển trung tâm MTU (Master Terminal Unit), trạm cơ sở RTU (Remote Terminal Unit) và khối truyền thông

- MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, có nhiệm vụ thu thập, xử

lý số liệu và đưa các lệnh điều khiển từ người điều hành xuống các trạm cơ sở, hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trình cũng như trạng thái của các thiết

bị lên màn hình Khả năng tương tác đồ họa ngày càng cao của các máy tính dùng trong trạm, cho phép người vận hành dễ dàng truy cập, theo dõi toàn bộ hệ thống MTU chạy các chương trình ứng dụng SCADA trên nền hệ điều hành Windows của Microsoft hay hệ điều hành Unix, chương trình này được viết bởi nhà cung cấp và có thể được người sử dụng hiệu chỉnh, bổ sung Trên thực tế, MTU thường là một hệ thống các máy tính công nghiệp được nối mạng với nhau

để chia sẻ tài nguyên và tăng cường khả năng tương tác đồ họa Các hệ điều hành hiện nay đều cho phép máy tính vận hành đa nhiệm, chạy nhiều chương trình song song và quản lý cùng một thời điểm trên nhiều cửa sổ

- RTU là một thiết bị giao tiếp với các đối tượng trong hệ SCADA RTU thu nhận thông tin từ xa, thường đặt tại nơi làm việc để thu nhận dữ liệu và thông tin từ các thiết bị ở hiện trường như cảm biến, các van, các đồng hồ đo sau đó gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hành biết trạng thái hoạt động của các thết bị này Mặt khác, nó nhận lệnh hay tín hiệu điều khiển từ

MTU để điều khiển hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu Thông thường các RTU lưu giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ của nó và đợi yêu cầu từ MTU mới truyền dữ liệu Trong thực tế các RTU là các bộ điều khiển (PLC hoặc vi điều khiển), bên trong nó thường chứa sẵn các bộ chuyển đổi ADC (Analog Digital Converters), DAC (Digital Analog Converters) và các khối tính toán logic Các bộ RTU gồm các ngõ vào ra I/O được bảo vệ nghiêm ngặt để khử nhiễu và chống các xung quá áp Các bộ RTU được thiết kế để làm việc trong môi trường làm việc có nhiệt độ khắc nghiệt (-400C đến +850C), được cấp nguồn bằng nguồn AC hoặc DC Nhờ khai thác các bộ nhớ loại EEPROM và gần đây là FLASHROM, người vận hành có thể dễ dàng chỉnh sửa chương trình nạp cho PLC mà không phải thay đổi đến phần cứng Một ưu điểm nữa là các PLC đều có hệ thống I/O và các chức năng chuyên dụng ở dạng Modul, dễ dàng sửa chữa và thay thế Ngôn ngữ lập trình thông dụng cho các PLC rất đơn giản

và hiệu quả, có tích hợp điều khiển PID, điều khiển FUZZY kết hợp mạng Nơron

- Khối truyền thông trong hệ thống SCADA là môi trường truyền thông giữa các thiết bị với nhau, bao gồm phần cứng và phần mềm Phần cứng là các thiết bị kết nối như modem, hộp nối, cáp truyền và các thiết bị thu phát vô tuyến (hệ thống không dây - Wireless) Phần mềm là các giao thức truyền thông (Protocol), các ngôn ngữ lập trình được dùng để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau

2.4 Mạng truyền thông công nghiệp trong SCADA

Mạng truyền thông công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp Các hệ thống mạng hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát và các máy tính trên cấp điều hành xí nghiệp, công ty Ưu điểm của mạng truyền thông công nghiệp trong hệ thống SCADA là:

• Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp

• Giảm đáng kể giá thành dây nối và công lắp đặt hệ thống

• Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin nhờ truyền thông

số

• Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống

• Đơn giản hoá, tiện lợi hóa việc chuẩn đoán, định vị lỗi, sự cố của các thiết bị

• Nâng cao khả năng tương tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) nhờ các phần mềm chuẩn

• Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống, ví

dụ như các ứng dụng điều khiển phân tán, điều khiển giám sát hoặc chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet

Mạng truyền thông công nghiệp trong hệ thống SCADA được phân thành nhiều cấp khác nhau:

Hình 2 1 Mô hình phân cấp chức năng của một nhà máy công nghiệp

- Bus trường, bus thiết bị: là một khái niệm chung được sử dụng để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển với các thiết bị ở cấp chấp hành Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Các thiết bị có khả năng nối mạng trong cấp chấp hành là các bộ vào

ra phân tán, các thiết bị cảm biến và các cơ cấu chấp hành có tích hợp khả năng

xử lý truyền thông

Do nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu lên cấp điều khiển để xử lý

và chuyển quyền điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành nên yêu cầu về tính năng thời gian thực được đặt lên hàng đầu Thời gian phản ứng thường nằm trong phạm vi từ 0.1 tới vài ms Trong khi đó, yêu cầu về lượng thông tin trong một bức điện thường chỉ một vài byte, vì vậy tốc độ truyền thông thường chỉ ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn

Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là Profibus, Modbus và gần đây nhất phải kể tới Foudation Fieldbus, AS - Interface

- Bus hệ thống, bus quá trình: được dùng để kết nối các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp các dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm giám sát cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc, mà còn theo chiều ngang Các trạm kỹ thuật, trạm thao tác và cả các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua hệ thống bus này

Đối với bus hệ thống, tùy theo từng lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực có được đặt ra hay không Thời gian phản ứng thường nằm trong khoảng một vài trăm ms, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông tiêu biểu của hệ thống nằm trong phạm vi từ vài trăm Kbit/s cho đến vài Mbit/s

Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông cũng như khả năng kết nối dễ dàng nhiều loại máy tính, kiểu bus hệ thống thông dụng nhất là Ethernet và Industrial Ethernet Bên cạnh đó phải nói đến Profibus- FMS, Modbus Plus và Foundation Fieldbus High Speed Ethernet

- Mạng xí nghiệp: thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ

thuật cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê

về diễn biến của quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành Ngoài ra, thông tin cũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất để hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm, sử dụng chung các tài nguyên

- Mạng công ty: nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện rộng Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin trong nội bộ và với khách hàng như thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, qua hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử Hình thức tổ chức ghép nối mạng cũng như công nghệ truyền thông được áp dụng trong mạng công ty rất đa dạng và tùy thuộc vào nguồn đầu tư của công ty Trong nhiều trường hợp, mạng công ty và mạng xí nghiệp là một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật lý nhưng được chia đều thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt

Mạng công ty đóng vai trò như một đường cao tốc trong hệ thống hạ tầng

cơ sở truyền thông do đó đòi hỏi về tốc độ đường truyền, độ an toàn và tin cậy đặc biệt cao Fast Ethernet, FDDI là một trong những công nghệ tiên tiến được

áp dụng trong hiện tại và tương lai

* Giao thức (Protocol) trong mạng truyền thông công nghiệp SCADA

Bất cứ sự giao tiếp nào cũng cần một ngôn ngữ giao tiếp chung cho các đối tác Trong kỹ thuật truyền thông, bên cung cấp dịch vụ cũng như bên sử dụng dịch vụ đều phải tuân theo các quy tắc, thủ tục cho việc giao tiếp gọi là giao thức Giao thức chính là cơ sở cho việc thực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền thông Việc thực hiện một dịch vụ truyền thông trên cơ sở các giao thức tương ứng được gọi là xử lý giao thức Nói một cách khác, quá trình xử lý giao thức là quá trình mã hóa (xử lý giao thức bên gửi) và giải mã (xử lý giao thức

bên nhận)

Một số ví dụ về giao thức cấp cao là FTP (File Transfer Protocol) dùng trong trao đổi file từ xa, HTTP (Hypertext Tranfer Protocol) dùng để trao đổi trang HTML trong các ứng dụng Web dùng trong tự động hóa công nghiệp Giao thức cấp thấp gần với phần cứng thường được thực hiện trực tiếp bằng các mạch điện tử, một số ví dụ về giao thức cấp thấp quen thuộc là TCP/IP (Tranmission Control Protocol/ Internet Protocol) được dùng phổ biến trong Internet, HART (Highway Adressable Remote Tranducer) dùng trong điều khiển quá trình, HLDC (High Level Data - Link Control) làm cơ sở cho nhiều giao thức khác và UART dùng trong đa số các giao diện vật lý của các hệ thống bus trường Hai giao thức HLDC và UART có vai trò quan trọng trong truyền thông công nghiệp

Để trao đổi dữ liệu giữa hai thiết bị các thủ tục, giao thức cần thiết tương đối phức tạp Do đó thay vì phải thực hiện tất cả các bước cần thiết trong một module duy nhất, ta có thể chia nhỏ thành các phần việc để thực hiện độc lập Trong mô hình này, các phần việc được sắp xếp theo chiều dọc thành từng lớp, tương ứng với các lớp dịch vụ và các lớp giao thức khác nhau Mỗi lớp giải quyết một nhiệm vụ rõ ràng trong việc truyền thông Một dịch vụ ở lớp trên sử dụng dịch vụ của lớp dưới ngay kề nó Để thực hiện một nhiệm vụ truyền thông, mỗi bức điện được xử lý qua nhiều lớp trên cơ sở các giao thức quy định, gọi là

xử lý giao thức theo mô hình nhiều lớp Càng ở lớp cao thì phần mềm càng chiếm vai trò quan trọng hơn, trong khi việc xử lý giao thức ở các lớp dưới thường được các vi mạch điện tử trực tiếp thực hiện

* Một số chuẩn truyền dẫn

RS - 232: lúc đầu được xây dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghép nối

điểm- điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE - Data Terminal Equipment), ví dụ giữa hai máy tính (PC, PLC ), giữa máy tính và máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu (DCE - Data Communication Equipment)

Cổng RS - 232 là một chuẩn truyền dẫn phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất Người dùng máy tính PC còn gọi các cổng này là COM1, COM2 Giống như cổng máy in, cổng nối tiếp RS -232 cũng được sử dụng một cách rất thuận tiện cho mục đích đo lường và điều khiển

RS - 232 sử dụng phương thức truyền không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất Mức điện áp được sử dụng dao động trong khoảng -15V tới 15V Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giá trị logic 0, khoảng từ -15V đến -3V ứng với mức logic 1

Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2 Kbaud Gần đây, sự tiến bộ của công nghệ vi mạch đã góp phần nâng cao tốc độ truyền dẫn chuẩn RS - 232 lên nhiểu lần Chế độ làm việc của RS - 232 là hai chiều toàn phần (full- duplex), tức là hai thiết bị tham gia có thể thu và phát tín hiệu cùng một lúc

Cấu hình tối thiểu Chế độ bắt tay

Hình 2 2 Một số ví dụ ghép nối với RS- 232

RS - 422:

Khác với RS - 232, RS - 442 sử dụng tín hiệu chênh lệch điện áp đối xứng giữa hai dây dẫn A và B, nhờ vậy giảm được nhiễu và cho phép tăng chiều dài dây dẫn một cách đáng kể RS - 422 cho phạm vi truyền dẫn tới 1200 mét mà không cần bộ lặp Điện áp chênh lệch dương ứng với trạng thái logic 0 và âm ứng với trạng thái logic 1 Điện áp chênh lệch ở đầu vào bên nhận có thể xuống tới 200mV

Trong cấu hình ghép nối tối thiểu cho RS - 422, cần một đôi dây dùng truyền dẫn tín hiệu (A và B) Trong cấu hình này chỉ có thể dùng phương pháp truyền một chiều (simplex) hoặc hai chiều gián đoạn (half - duplex), tức trong một thời điểm chỉ có một tín hiệu duy nhất được truyền đi Để thực hiện truyền hai chiều toàn phần (full - duplex) ta cần hai đôi dây dẫn

RS - 422 có khả năng ghép nối điểm- điểm, hoặc điểm- nhiều điểm trong một mạng đơn giản, cụ thể là một trạm được phát và 10 trạm có thể nhận tín hiệu Tuy vậy, trong thực tế RS - 422 thường chỉ dùng để ghép nối điểm - điểm với mục đích thay thế cho RS - 232 với khoảng cách truyền thông lớn và tốc độ cao hơn

RS - 485: Về các đặc tính điện học, RS - 485 và RS - 422 về cơ bản giống

nhau RS - 485 cũng sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B Ngưỡng giới hạn điện áp qui định cho RS - 485 được nới rộng ra từ -7V đến 12V, cũng như trở kháng đầu vào cho phép lớn hơn

Đặc tính khác nhau cơ bản của RS - 485 so với RS - 422 là khả năng ghép nối nhiều điểm, vì thế RS - 485 được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường Cụ thể, RS - 485 cho phép 32 trạm có thể cùng tham gia ghép nối, định địa chỉ và giao tiếp đồng thời mà không cần bộ lặp

RS - 485 cho phép khoảng cách truyền tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là 1200m Tốc độ truyền dẫn có thể lên tới 12 Mbps Tốc

độ truyền tải tối đa phụ thuộc vào chất lượng cáp mạng, cụ thể là đôi dây xoắn kiểu FTP có khả năng chống nhiễu tốt hơn UTP và vì thế có khả năng truyền dữ liệu ở tốc độ cao hơn

RS - 485 là chuẩn duy nhất có khả năng truyền thông đa điểm thực sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất Cấu hình phổ biến là sử dụng hai dây dẫn cho việc truyền dữ liệu Trong trường hợp này hệ thống chỉ có thể làm việc ỏ chế độ hai chiều gián đoạn (half - duplex) Mạng RS - 485 cũng có thể sử dụng 4 dây dẫn để truyền tín hiệu, khi đó hệ thống có thể làm việc ở chế độ hai chiều toàn phần (full - duplex)

để các kỹ sư hoặc các lập trình viên có thể xác định nguyên nhân và ngăn không cho chúng xảy ra lần nữa

c Thông báo và chia sẻ thông tin

Các thông tin về hệ thống sản xuất đều được truyền về cho máy tính giám sát, từ đó tổng kết quá trình sản xuất: số lượng sản phẩm, số lượng nguyên vật liệu còn tồn trữ Đặc biệt là khả năng liên kết động cho phép các thông tin trên

hệ thống SCADA được kết nối, trao đổi cơ sở dữ liệu với các hệ thống SCADA tương tự khác trên một mạng TCP/IP (Transfer Control Protocol/ Internet

Protocol) Điều này cho phép các hệ thống có thể truy xuất dữ liệu lẫn nhau, tận dụng tài nguyên mạng

d Hoạt động theo chương trình điều khiển

Nhờ có bộ vi xử lý, ta có thể lập trình cho hệ thống hoạt động theo những chu trình phức tạp khác nhau Khi hệ thống làm việc, máy tính sẽ đọc chương trình và xuất tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu hoạt động theo chương trình mà

ta đã lập trình Việc thay đổi chương trình hoạt động của máy tính hay thay đổi kích thước, mẫu mã sản phẩm chỉ là việc thay đổi phần code lập trình

Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà người vận hành hệ thống có thể điều

khiển trực tiếp một phần hoặc toàn bộ quá trình

2.6 Tổng quan về HMI

2.6.1 Giới thiệu về HMI

HMI là từ viết tắt của Human Machine Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc thì đó là một HMI Cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI

Khi các quá trình ở các nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình, yêu cầu về hiển thị và điều khiển trở nên phức tạp hơn Một trong những điểm đột phá trong lĩnh vực này là màn hình hiển thị dạng cảm ứng Điều này giúp cho người điều khiển thực hiện các hoạt động hay nhận các thông tin bằng các thao tác vô cùng đơn giản Nó cũng loại bỏ bàn phím, chuột cũng như các thiết bị phần cứng khác mà HMI truyền thống trước đây vẫn sử dụng Một ưu điểm khác nữa của HMI hiện đại là hiển thị dạng tinh thể lỏng, chiếm ít không gian hơn, mỏng hơn hiển thị dạng CRT truyền thống HMI tinh thể lỏng dạng cảm ứng hiện nay đang được ứng dụng rất rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động hóa mang lại rất nhiều tiện ích cho người sử dụng

HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:

+ HMI làm việc trên nền PC và Windows/MAC: SCADA

+ HMI làm việc trên nền các máy tính nhúng: HMI chuyên dụng

Các ưu điểm của HMI hiện đại:

+ Tính đầy đủ, kịp thời và chính xác của thông tin

+ Tính mềm dẻo, dễ thay đổi, bổ sung thông tin cần thiết

+ Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa

+ Tính mở, có khả năng kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức

+ Khả năng lưu trữ cao

+ Giao diện đồ họa thân thiện với người dùng

• Giao thức truyền thông

Các thông số đặc trưng của HMI:

• Độ lớn màn hình: quyết định lượng thông tin hiển thị cùng lúc trên HMI

• Dung lượng bộ nhớ ROM, RAM: quyết định số lượng biến số và dung lượng lưu trữ thông tin

• Số lượng phím ấn và phím cảm ứng trên màn hình: quyết định khả năng thao tác vận hành

• Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ

• Số lượng các đối tượng, các hàm con mà HMI hỗ trợ

• Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF, PCMCIA, PC100

2.6.3 Quy trình xây dựng hệ thống HMI

- Lựa chọn phần cứng:

+ Lựa chọn kích cỡ màn hình: dựa trên số lượng thông tin cần hiển thị đồng thời, nhu cầu về đồ thị, đồ họa

+ Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cần sử dụng

+ Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu về in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác

+ Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: dựa vào lượng số liệu cần thu thập, lưu trữ, số lượng trang màn hình cần hiển thị

- Xây dựng giao diện:

+ Chọn cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức

+ Xây dựng các màn hình

+ Gán các biến số (tag) cho các đối tượng

+ Lựa chọn các biến nhớ

+ Viết các chương trình script

+ Mô phỏng và chỉnh sửa chương trình

+ Nạp chương trình xuống HMI

2.6.4 Các hệ thống HMI thực tế

Trên thực tế các hệ thống HMI có rất nhiều dạng khác nhau Có thể là một HMI điều khiển một bộ điều khiển (một hệ thống PLC với S7 - 200/300/400 là trung tâm), một HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển, nhiều HMI liên kết với nhau

Một số hệ thống HMI thường gặp trong thực tế:

Một HMI điều khiển trực tiếp một bộ điều khiển thông qua Profibus:

Hình 2 4 HMI điều khiển trực tiếp qua Profibus

Hệ thống HMI điều khiển tập trung, các HMI được kết nối với nhau qua mạng Ethernet về máy tính trung tâm Hệ thống HMI dạng này được sử dụng khi cần mở rộng mạng, yêu cầu về số trạm kết nối trong một mạng nhiều

Hình 2 5 HMI điều khiển tập trung

Một HMI điều khiển nhiều bộ điều khiển thông qua Profibus:

Hình 2 6 HMI điều khiển nhiều PLC

Ngoài ra còn có kiểu HMI phân tán (distributed HMI): chỉ duy nhất một HMI chứa dữ liệu cấu hình và nhiệm vụ như máy chủ (server), còn các HMI còn lại có cấu trúc như những máy trạm (stations):

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH PANEL DÂY CHUYỀN

Hình 3 1 Cấu trúc của PLC

PLC S7 - 300 là dòng sản phẩm PLC cao cấp của Siemens được dùng cho những ứng dụng lớn với yêu cầu về số đầu vào/ra lớn, thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng mở rộng mạng PLC S7 - 300 có ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền lựa chọn, đồng thời có các hàm phục vụ cho các yêu cầu riêng biệt S7 - 300 xây dựng phần cứng theo cấu trúc Module, bên cạnh những module cơ bản còn có những module tích hợp cho

những ứng dụng đặc biệt như Module PID, Module đọc xung tốc độ cao

a Module CPU

- Là loại module chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ Timer/Counter, cổng truyền thông (RS485), các cổng vào/ra số Các cổng vào/ra số được tích hợp sẵn trên CPU được gọi là cổng vào/ra Onboard

- Module tích hợp các khối hàm đặc biệt được phân biệt bằng tên cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ: CPU 312 IFM, CPU 314 IFM

- Ngoài ra còn có các loại module hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán Các loại module này được phân biệt bằng cụm chữ cái DP (Distributed Port) Ví dụ: CPU

315 DP

b Module mở rộng:

Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:

- PS (Power Supply): Module nguồn nuôi Có 3 loại module nguồn nuôi 10A, 5A và 2A

- SM (Signal Module): Module tín hiệu vào ra bao gồm:

• DI: Digital Input

• DO: Digital Output

• DI/DO: bao gồm cả Digital Input và Digital Output

• AI: Analog Input

• AO: Analog Output